JPH03173005A - リフレクタ並びにそれを含む照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は改良された光反則鏡即ちリフレクタと、そのよ
うなリフレクタを有する照明装置とに係る。

さらに、本発明は特に多数の非対称の小反射面即ちファ
セットを有する凹面リフレクタであってそのファセット
の輪郭及び特定向きが照明装置のレンズを透過する光の
より均等な分配を達成するように構成されたものに関す
る。

背景 電球またはその他の光放射要素、レンズ及び光を導いて
レンズを透過さゼるリフレクタを有する典型的な照明装
置は、レンズ区域上において均等でない光の強さを展示
する傾向がある。そのような光の強さの不均等性は、例
えば自動車照明用途の成る分野においては、しばしば、
望ましくないこととされる。放射された光はレンズ区域
の全体に亙っで、または、レンズ区域の多数の細分され
たセクションにおいて部分的に不均等になる可能性があ
る。このことは、例えば、光の強さが光放射要素からの
距離に従って減少するパラボラ形及びほとんどのフレネ
ルリフレクタの場合において特に典型的である。レンズ
は、放射された光を導くまたはその他の方式でそれに影
響を及ぼすように表面輪郭またはその他の光学的特徴を
有し得る。

ハマダ他の米国特許第４７０６１７３号において、大形
の筒状光源と、多数の反射面を得するリフレクタとを有
する照明装置が開示されている。

これら反射面は光源からの光が予決定方向に反射される
ような角度を成して配列されている。各隣接反射面の゛
見掛幅″は光源と反射面との間の距離の関数として決定
される。このことと筒状光源の大寸法との結果が、均等
な照度の光の展示であると主張されている。ハマダ他の
照明装置は液晶デイスプレーのためのバックライトとし
て使用可能と主張されている。凹面リフレクタにおける
一連の反射ファセットの角度及び寸法を計算するための
一組の方程式がハマダ他の特許に開示されている。その
ような方程式に従って形成された凹面リフレクタは、一
連の反射面であって、反射面と光源との間の距離と無関
係に、おのおのがその他のそれと同等の鐸度を有するも
のを設けられる。

しかし、まずいことに、ハマダ他によって指摘される（
第５１１１１第５３−５７行参照）ように、゛フレネル
“型リフレクタを採用する照明装置の典型的傾向として
、製品装置からの光は輝＜反射面２ＯＡと輝かない面２
０Ｂとが交互に配列される縞状の外観を有する。′この
問題を克服するために、ハマダ他は拡散板、例えば、乳
白色のプラスチック板の使用を提案する。もし意図する
視角に関連する反射面のピッチが光源の半径に比し小さ
くそして反射面と拡散面とが互いから少なくとも予決定
距離を以て離されているならば、隣接する反射面２ＯＡ
によって照明される拡散板の表面部分は互いにオーバー
ラツプし、その結果１．照明が均等化することが示唆さ
れる。第６図はリフレクタの反射ファセットのそのよう
な構成の一例として言及されているが、拡散板を示して
いない。

ハマダ他は大形の円筒形光源およびリフレクタについて
開示しているに過ぎない。

モルナーの米国特許１ｇ４７９９１３６号においては、
多数の反射ファセットを設けられた細長い凹面リフレク
タを有する照明装置が示される。これらファセットの角
度は照明装置によって遠隔ヤ面を均等に照明するように
選択されている。凹面リフレクタは大きいほうの長さの
後部分と小さいほうの長さの前部分とを有する。互いに
対向するそのような部分のおのおのは、多数の反射ファ
セット面を有づ°る。光は大きい長さの後部分の反射フ
ンヒツト面から拡散板を透過して直接に外方へ反射され
る。小ざい長さの前部分のファセット面のいくつかは拡
散板を通じて光を反射し、一方、その他は対向する大き
い長さの後部分のファセット面に対して光を部分的に反
射する。モルナーの照明装置においては、多数の反射フ
ァセットは、壁に対して光を均等に分散させると主張さ
れる非対称の光のパターンを生じさせる交差反射を提供
するように選択された互いに異なる角度を有する。

モルナーの特許の第３図及び第４図において見られるよ
うに、照明装置はそれが壁の頂の近くに天井から取付け
られるとき壁を均等に照明するように意図される。光は
モルナーの照明装置の拡散板から、壁の遠隔の底の照明
が照明装置に近い壁の高い部分の照明と均等であるよう
に、非均等的に放射されなくてはならない。

本発明の目的は、リフレクタ及び該リフレクタを有する
照明装置であってそのような照明装置のレンズを通じて
実質的に均等な照度を有するものを提供することである
。本発明、または本発明の特に好適な実施例、のこの及
びその他の目的は、以下の開示及びその説明からいっそ
うよく理解されるであろう。

発明の摘要 本発明に従えば、照明装置のためのリフレクタは全体と
して凹面を有し、該凹面の少なくとも一部分は一連の小
面即ちファセットを有する。そのようなファセットはお
のおの光放射要素に対し露出されていてそれからの光を
レンズまたはその他の物体に向かって反射するようにさ
れた反射面区域を有する。各反射面区域は凸状である。

従って、前記リフレクタの凹状区域は一連の凸状反射面
を有する。

本発明の他の一局面に従えば、照明１ｆｆｉは光放射要
素及び前述されたごときリフレクタとを有する。本発明
のこの局面において、凹状反射面上の各ファセットの凸
状反射面区域は、光発生要素に露出されていて光放射要
素からの光を反射して選択的にレンズを透過させるよう
な特定の向きを付与されている。

本発明は、その好適実施例の利点及び特徴とともに、添
付図面を参照しつつ為される以下の詳細な説明からより
明快に理解されるであろう。なお、様々の寸法及び角度
の説明は近似値による。

提示実施例の細部の説明 以下において、光放射要素とリフレクタのファセットの
反射面との間の線（即ち、サイトライン）１； に関する論及または反射面ｐおける入射角または反射角
に関する論及は、すべて、特に示されない限り、光放射
要素のフィラメントまたはその伯の光源の中心点から反
射面の垂直（図面で見た却直）中点まで及ぶと理解ざる
べきである。各反射面は凸状であるから、入射角（そし
て、従って、反射角）は反射面の最高点から最低点に厘
っで少しずつ異なる。また、この論及のために（やはり
、特に示されない限り）ファセットの反射面の平面は、
反射面の凸状曲線に対して、反射面の垂直中点において
または、代替的に、反射面の下端点からト端点まで延び
る線の平面において、タンジェントであると理解さるべ
きである（この場合も、図面に描かれるごとき反射面の
二次元横断面に関して言及され、従って、反射面区域の
上端点はリフレクタの主凹面から遠く、一方、反射面区
域の下端点はリフレクタの凹面に最も近い）。普通、反
射面の凸状曲線が円弧である（即ら、定曲率半径を有す
る）ならば、これら２平面は平行する。各反射ファセッ
トの凸面は滑らかで且つ連続していることが好ましい（
カーボプラナ−（ｃｕｒｖｏ−ｐｌａｎａｒ）であるこ
とが好ましい）が必ずしも円弧であることを要しない。

もしそれが円弧でないならば、言及された２個の平面は
正確には平行ではないが、相異は一般的に小さく、従っ
てそれは当業者による本発明の理解に何らの混乱も生じ
させない。円弧でないカーボブラナー反！）ｊ面の最も
注目される影響は、照明装置のレンズにおける被反射光
線帯域の位ｄを少し変えることである。しかし、実質的
に均等の照度を得る所期目的を達成するためオーバーラ
ツプする光線帯域を提供することは依然として可能であ
る。また、−ファセットの凸状反射面の曲率半径は一般
的に他ファセットのそれと同一でない。曲率半径は一般
的に光源からの距離に従って増大する。

オーバーラツプする反射光線帯域に関するここでの言及
は、第１図において帯域即ち横寸法（ｗ＞として数個の
ファセットにつき図示されるファセット反射面からの反
射光線の主帯域に関連することが理解さるべきである。

一般的に、反射面の不完全性、反射面の頂と底とにおけ
る端末効果、光放射要素の限定された寸法（それは限り
なく小さい点光源と対照的である）その他同様の要因に
よって奇生散乱光が生じる傾向がある。本発明に従えば
、オーバーラツプする反射光帯域がそのような寄生散乱
光と無関係に得られる。

図面に示される二次元横断面に基づく本発明の説明に関
連して、本発明の実際の三次元実施例においては、反射
面の主区域に関し説明される形式及びジオメトリ−の相
互関係にその反射面が従わないファセットの長手方向先
端及び／または横方向先端が存在することが理解さるべ
きである。そのような先端の外形は製造の容易性、空間
の利用可能性またはその他の６実装”制限などのごとき
考慮によって影響される。

次に図面を参照すると、図示されたリフレクタはしばし
ばフレネルリフレクタと呼ばれるタイプである。そのよ
うなリフレクタは当業者によく知られている。しかし、
既に論述されたように、フレネルリフレクタは不均等な
照明パターンを生じさゼる欠点を指摘されている。その
ような照明パターンにおいては、明暗両ゾーンが交Ｕに
出現し、そして光源からの距離に従って光の強さが減衰
する。本発明の改良されたリフレクタによれば、より均
等の照度が得られる。第１図には、自ａ１！の尾灯の例
えば１／２を構成する照明装ＵＩＯが図示される。照明
装置１０は凹面リフレクタ１２と、凹面リフレクタ１２
から！！！直方白方向された平面レンズ１４と、光放射
要素１５とを有する。光放射要素１５はブラケット１９
に据付けられた取付具１８に装着された電球１７内に収
容されたフィラメント１６を有することが図示される。

意図された目的のために十分な強さの光を提供しイして
照明装置及びその環境によって適応され得る寸法、輪郭
及び電力要求を有する任意の電球またはその他の照明手
段が使用され得る。無数のそのような電球及びその他の
発光手段が市販されておりそして当業者によって周知さ
れている。

平面レンズは、照明装置のための簡単な、透明の保護カ
バーであり得または照明＠歎の意図された目的に応じて
着色されまたは艶消しにぎれまＩこはその他の方法で反
透明にされ得る。均等の照明効果を得るために、平面レ
ンズは光を拡散するための好適なレンズ光学素子、例え
ば”ビロー　、フロスティング（ｆｒｏｓｔｉｎｏ）等
を有し得る。第１図に示される実施例においては、照明
の均等化を補助するためにピロー２１が設けられている
。平面レンズはガラス、プラスチックまたはその他の材
料であって照明装置の所期の目的及び環境にとって好適
なものから製作され得る。本発明に好適な平面レンズで
あって前述諸特徴を有するものは市販されており、当業
者に周知されている。

凹面リフレクタ１２はその凹面区域に一連のファセット
２４を有することが図示される。そのようなファセット
２４はおのおの充放ｌ）１要素１５に対し露出された反
射面区［２６を有することが図示される。各ファセット
２４は、さらに、光放射要素１５に対しては露出されな
い背面区域２８であって当該ファセット２４の反射面区
域２６の最外側点（外縁即ち頂点＞３０から隣接ファセ
ット２４の反射面区域２６の最内側点く内縁即ち底点）
３２まで延在するものを有する（光放射要素１５２６の
内縁３２と光との交点までの光の進行方向に対し実質的
に平行して延在することが図面で認められる。従って、
ファセット２４の背面区域２８は次の隣接）？セット２
４の反射面区域２６に影を投じない。本発明のその他の
実施例において前記ファセットは光源に対し露出された
複数の反射面を有し得ることが理解さるべきである４上
に開示されたように、各ファセット２４の反射面区域２
６は凸状である。そのような反射面の形状はおのおのカ
ーボプラナーであることが好ましく、そして円弧である
こと、即ち、実質的に−定の曲率半径（ｒ「）を有する
ことがいっそう好ましい。第１図で見られるように、各
ファセット２４の曲率半径（ｒ、）は第２図に示される
軸（ｘ）と（ｙ）とに沿う座標（ｘ、ｙ）によって限定
され得る回転点３３を中心として回転され得る。前記曲
率半径は一般的に極めて小さいことが理解さるべきであ
る。弗型的な自動車尾灯のための本発明の適用において
は、前記リフレクタは光源の両側において横方向に延在
し、従って第１図はリフレクタの２個の対称的な半部の
一方を描くに過ぎない。各側が全損寸法、おそら＜７．
６２ｃｍ−２５，４ｃｍ（３−１０ｉｎ）のいわゆる半
幅寸法（ｗ／２）（第２図を見よ）であって一連の約４
−４０個の前記ファセットに細分されるものを有する。

各ファセット２４の垂ぬ寸法（リフレクタの凹面から外
縁即ち最外側点３０までの寸法）及び各ファセット２４
の曲率半径は、本願で説明される諸原理に従ってその位
置及び特定の向きによって決定される。

再び図面の提示実ｔＮ例を参照すると、各反射面区域２
６は一共通方向（最内側点即ち内縁３２と再外側点即ち
外縁３ｏとの間の反射面区域の凸状曲面の概ね中点で測
定）特に平面レンズ１４に対し実質的に直角の方向に光
を反射するように向かされている。リフレクタ１２にお
ける光の入射角は、光放射要素１５からの距離に応じて
変化するから、反射面区域２６の向きの角度、即ち垂直
線と反射面との間の角度、も当然そうでなくてはならな
い。各ファセット２４の反射面区域２６は光放射要素１
５に最も近い隣接ファセット２４のそれより大きいこと
も図面から認められるであろう。

より明細に述べると、各反射面区域２６の寸法は、光放
射要素１５からの光を同等角度（δ）を以て捉えるよう
に選ばれる。よく知られているように、光の強さは光源
からの距離の２乗の比率を以て減衰する。従って、対応
的に露出された反射面区域２６の有効寸法は同様比率を
以て増加しなくてはならない。このようにして、各反射
面区域２６は同等量の光を捉えてそれを平面レンズ１４
に対して反射しそれにより凹面リフレクタ１２によって
平面レンズ１４のより均等な照明を実現する。第１図に
示されるリフレクタにおいて、各ファセット２４は横寸
法（ｄ）を有する。横寸法（ｄ）は各ファセット２４に
おいて同じである。ファセット２４の反射面区１ｉｉ！
２６の横寸法は光放射要素１５からの距離に応じて増加
するから、それに対応して、背面区１４２８の横寸法は
当然減少する。

光放射要素１５から平面レンズ１４へ各反射面区域２６
によって反射される光は、光放射要素１５及び反射面区
域の限定された寸法の結果として、ファセット２４の反
射部分の横寸法より大きい横寸法を平面レンズ１４にお
いて有する。この効果は反射面区域２６の凸状輪郭によ
って有意的に増大され、そして最も好ましくは、横寸法
（ｗ）が横寸法（ｄ）より大きく、従って平面レンズ１
４の被照明部分が互いにオーバーラツプするくらい十分
に増大される。反射された光の横寸法（ｗ）は、図面に
おいて、いくつかの例示的な反射面区域２６に関して示
されている。光放射要素１５から角度（δ）を通じて放
射される光は、凸状の反射面区域２６によって横寸法（
ｄ）より大きい横寸法（ｗ）に展開され、従ってそれは
本質的にそして不可避的に両側において次の隣接ファセ
ット２４の反射面区域２６によって反射された光と有意
的にオーバーラツプする。かくして、−言でいえば、同
等角度（δ）の光が凹面リフレクタ１２の同等横寸法（
ｄ）のセグメントへ分配され、そのおのおのにおいて光
が凸状の反射面によって遮られそして幅（ｗ）に展開さ
れて隣接セグメントから反射される光とオーバーラツプ
し、それにより、均等の照明を提供するとともに影を排
除する。

前記オーバーラツプは好ましくは約５０％であり、横寸
法（ｗ）は概ね横寸法（ｄ）十分に集中され、それは横
寸法（ｄ）の値の２倍である。しかし、オーバーラツプ
の量は変更可能でありそしてそれは照明装置設計者によ
って選択される。

第１図の提示実施例において、第１のファセット４３は
凸状の反射面４５を有し、反射面４５の下（右側）に凹
面リフレクタ１２は反射光学素子４７を有する。反射光
学素子４７は凹状であるが、それはまた凸状であり得る
。本願の開示に鑑みリフレクタのこの端区域は、端末効
果等を処理するため、追加光学素子を有し得ることは当
業者によって理解されるであろう。また、電球１７の頂
は輝点を防止するために遮光され得る。

本発明によって、撓めて薄い（垂直方向において小さい
）にもかかわらずフレネル型リフレクタ及び照明装置に
おいて典型的な照明の不均等性という欠点を有しない照
明装置が設計されそして製作され得る。光の高度に効率
的な使用が、例外的に高い照明の均等性をもって達成さ
れる。

凹面リフレクタ１２は、寸法的安定性を有しそして研磨
され得、鍍金され得またはその他の方法ｊ”［！ｌｉｌ
！Ｊ７Ｌ’ｌ　１２（７）［！！ｌｆｆ１よ、７アヤツ
、２４の反射面区域２６に高度に反射性の表面を設けら
れ得る任意の好適材料から形成され得る。好適な材料と
しては、例えば、ガラス、プラスチック、アルミニウム
及びその他の金属などが挙げられる。

従って、リフレクタは商業的に入手され得る金属素材の
数値Ｉｌｌ　１０機械加工例えばフライス削りまたは旋
削によって生産され得る。−推奨材料は射出成形プラス
チックであり、その場合、反射面区域２６は真空蒸着に
よって反射性を付与される。リフレクタのための取卸製
造技術は本発明によって適用可能である。ファセットの
背面区域はリフレクタに塗布されるコーティング材料の
堆積を受容するようにへこませられ得る。その他の技術
及び材料は本発明の開示に鑑みて当業者には当然明らか
であろう。

第１図の提示実施例の凹面リフレクタ１２の凹面の全体
曲線４０が第２図に概略的に図示されており、そして、
下記方程式により説明される。

Ｖ＝　　（Ｘ）　　番　ｊａｎ　　ａ　　　　　　　　
　　　　　　　（ａ　　　　　　ａ２　　）但し、Ｘ≧
ｒ ただし、（ｙ）は垂直軸、（Ｘ）は水平軸（原点は光放
射要素の光源の中心点）、（ｗ／２）は照明装置のリフ
レクタ１２及びレンズ１４の作用部分の横寸法、即ち半
幅（光放射要素１５はレンズ１４及びリフレクタ１２の
片側、即ち、横方向に配置される）、そして（ｒ）はソ
ケット／ブラケット組立体の半径（リフレクタの凹状輪
郭はソケット／ブラケット組立体の外縁において始まる
）。

角度ａ　及びａ２は下記のこと（定義される：ま ただし、（ｄ８）は第１のファセット４３におけるリフ
レクタ１２上の光放射要素１５の垂直高さ、ｄ、は光放
射要素１５Ｆのレンズ１４の垂直高さであり、その他の
変数は前述された通りである。

リフレクタのためのこの曲率に基づいて、ファセットの
個数を選択することによってファセットの輪郭が決定さ
れる。簡単なリフレクタにおいては、横寸法（ｄ）は各
ファセットにつき同じでありそしてＷ／２をファセット
の個数によって除した値に等しい。各ファセットの垂直
高さは、光放射要素からそれぞれの同等角度（δ）を通
じて光を捉えるのに必要とされる高さであり、同等角度
（δ）は横寸法（ｄ）のファセットの各反射面区域によ
って画定される。代替的に、同等角度（δ）が選択され
得、そしてこれがファセットの横寸法（ｄ）と個数とを
決定する。各ファセットの反射面区域の特定向きの角度
は、光放射要素からの光をレンズへ反射するのに必要と
されるそれである。ファセットの反射面の凸状度は、隣
接ファセットによって反射される光の所望オーバーラツ
プ度によって決定される。いくつかの場合においては、
ファセットによって反射される光を、どちらかの側の直
隣ファセットのみならず、次の隣接ファセットの１個ま
たは複数個とオーバーラツプさせることすら望まれ得る
。

次に本発明は下記例によってさらに説明される。

例１ 自動車のための薄い均等に照明される尾灯であって第１
図にその半分が図示されるごとき１個のリフレクタを有
し、前記半分がリフレクタ内に取付けられる自動車タイ
プの電球から計測された約２１．６ｃＩＲ（８，５イン
チ）の横寸法即ち半幅（ｗ／２）を有するものが製作さ
れる。実質的に平坦なレンズは約１９Ｍ（０，７５イン
チ）に等しい距ａｌｌ　（ｄ、　）を以て電球のフィラ
メントから垂直方向に離されて位置される（垂直に関す
る基準は第１図の向きに従いそして実際上は典型的自動
車尾灯において実質的に水平である）。半径（ｒ）は約
１９ｍ＋（０，７５イ：ｚチ）であり、そして垂直方向
路１１ＮｄＳ）も同様である。リフレクタは一連の１６
個のファセットに区分され、各ファセットは同じ横方向
寸法（ｄ）即ち約１２．３ａｇ　（０，４８５インチ）
を有し、そしておのおの実質的に一定の曲率半径（ｒ、
）を有する。下記表１には、各ファセットを画定する数
値が列記されており、これら数値は曲率半径の寸法、凸
状の反射面区域２６の回転点の座標（ｘ、ｙ）及び各フ
ァセットの点３０．３２の座標（Ｘ、Ｖ）を含む。電球
のフィラメントは、第２図に示されるごとく、原点に位
置され、そしてファセット順１は電球に最も近いそれで
ある。

４゜ 本発明は概括的にそして好適実施例に関連して説明され
たが、本発明は前掲諸請求項によって限定される特許請
求の範囲内で修正及び変更が可能であることは理解され
るであろう。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の提示実施例に従うリフレクタを有する
照明装置の概略横断面図、第２図は縮尺を小さくされそ
して反射ファセットを除かれている第１図のリフレクタ
の概略図であり、若干の角度及び寸法が説明目的のため
符号を以て表されている図面である。

図面上、１０・・・照明装置、１２・・・凹面リフレク
タ、１４・・・平面レンズ、１５・・・光放射要素、１
６・・・フィラメント、１７・・・電球、２４・・・フ
ァセット、２６・・・反射面区域、２８・・・背面区域
、３０・・・外縁、３２・・・内縁、Ｗ／２・・・半幅
。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）照明装置のためのリフレクタにおいて、前記リフ
   レクタが全体として凹状の表面を有し、前記凹状の表面
   の少なくとも一部分が一連のファセットから成り、これ
   らファセットのおのおのが凸状の反射面区域を有するこ
   とを特徴とする照明装置のためのリフレクタ。
2. （２）光放射要素及びそれからの光を反射させるための
   全体として凹状の表面を有するリフレクタを有し、前記
   凹状の表面の少なくとも一部分が一連のファセットから
   成り、これらファセットのおのおのが前記光放射要素に
   対して露出された反射面区域を有し、これら反射面区域
   のおのおのが凸状であることを特徴とする照明装置。
3. （３）光放射要素、それに対し露出された全体として凹
   状の表面を有するリフレクタ及び前記リフレクタから離
   して位置された全体として平坦なレンズを有する照明装
   置において、前記凹状の表面の少なくとも一部分が一連
   のファセットから成り、これらファセットのおのおのが
   前記光放射要素に対して露出された反射面区域と、概ね
   前記ファセットの反射面区域の外縁から隣接ファセット
   の反射面区域の内縁まで延在する背面区域であつて光源
   即ち前記光放射要素の位置から該背面区域と前記隣接フ
   ァセットの反射面区域との交点までの光の進行方向に対
   し実質的に平行する平面に位置するものとを有し、前記
   反射面区域のおのおのが、［ａ］実質的に一定の曲率半
   径に基づく凸状であり、［ｂ］凸状曲面のその中点にお
   いて測定された、前記レンズの平面に概ね直角の方向に
   光を反射させて前記レンズを透過させるように特定の向
   きにされており、［ｃ］前記光放射要素に次に最も近い
   ファセットのそれより横寸法において大きく、前記光放
   射要素からの光を全ファセットに関し同等である角度（
   δ）の幅を以て捉え、一方、前記ファセットの背面区域
   及び反射面区域のそれぞれの横寸法の和である前記各フ
   ァセットの横寸法（ｄ）がその他の前記ファセットのそ
   れと同等であり、そして［ｄ］それによつて前記レンズ
   に対し反射される光の実質的オーバーラップを前記レン
   ズにおいてその横方向に生じさせるのに十分に凹状であ
   り、従つて、光は相隣する複数ファセットの反射面区域
   によって反射され、前記反射面区域からの光の前記レン
   ズにおける横方向寸法（ｗ）が前記横寸法（ｄ）より大
   きいことを特徴とする照明装置。